还担心新能源汽车跑不远？这篇科普刷新你的想象！

摘要

随着化石能源的日益消耗，传统燃油汽车的尾气排放对地球环境造成了严重危害，电动汽车相比于燃油汽车在环境改善方面成效显著，电能相较于化石能源也更为经济。世界范围内诸多国家都致力于新能源电动汽车的推动，在取得了一定成绩的情况下，由于其续航里程并不满足长程需求，限制了它的进一步发展。近年来车用便携式充电宝的发展，有望缓解汽车续航难题。本文将从汽车便携式充电宝的发展背景出发，探讨市面报道的一系列商用汽车充电宝的性能，并对其发展前景进行展望。

关键词：新能源汽车；电动汽车；车用便携式充电宝；环境保护；

01 引言

2022年，国家发展改革委、国家能源局发布《“十四五”现代能源体系规划》。规划明确提出提升终端用能低碳化、电气化水平，积极推动新能源汽车在城市公交等领域的应用，到2025年，新能源车新车销量占比达20%左右。新能源汽车的发展将逐步推动传统汽车行业进行转型，助力我国早日实现“碳中和”目标。

与传统的汽油/柴油/液化天然气车辆相比，运行新能源汽车主要具有以下优势。其一是这将为社会、环境和经济带来良好效益[1]，其二运行这些车辆更便宜，因为与汽油相比，每加仑的电力价格大约低三倍，而且油价不稳定带来的威胁也将最小化[2]。虽然采用电动汽车比传统车辆有好处，但仍存在一些挑战和担忧，如成本高、重量重、电池耐久性差、充电时间长，以及缺乏大量公共充电基础设施[3]。尽管在过去几年中为电动汽车提供了固定充电站，见图1，但与汽车加油站相比，这些充电站的数量要少得多，被认为是电动汽车广泛使用的主要障碍之一[4]，这给人们长程出行带来了一定的影响。

图 1 固定充电站（图片来源于网络）

针对上述问题，虽然各类新能源汽车研发部门针对汽车电能结构的优化一直在报道，但这对于用户的行程焦虑并没有带来有效缓解。此外，现有充电站一般设置在购物中心、高速公路等公共场所，但对于偏远地区安装充电站时，在这些地区接入主电网需要大量投资[5]。拥有一种便捷储能、即用供电的车载充电设备来延续汽车的运行时长一直是人们关注的目标。汽车移动便携式充电宝的诞生为人们打开了新的视野，为解决新能源汽车续航危机提供了新的思路，近些年来有了一定的发展。本文将从汽车便携式充电宝的研究进展、发展前景、生产厂家等方面对其进行详细的探究。

02 基本原理

汽车移动便携式充电宝与手机充电宝原理类似，我们不妨根据手机充电宝的构造及原理，对其进行一个大致的理解。简单来讲，充电宝主要分为三个部分构成，即外壳、主板、电芯，其中电芯是充电宝的核心部件，其作为移动电源的电量储存器，大多为锂离子电池（Li-ION）或锂离子聚合物电池（Li-PO）组成，也有少部分采用镍氢电池（Ni-MH）。充电宝是一个集储电、升压、充放电于一体的设备，其工作原理大致为：充电宝以化学能的形式将外部电源输入的电能储存起来，当需要给用电设备充电时，电池中的化学能转化为电能输出，也就是人们熟知的充放电过程，以常见的锂离子电池为例[6]，工作原理如图2A所示，其主要构造分为：正极，锰酸锂或者钴酸锂等材料；隔膜，一种高分子薄膜，锂离子可自由通过，而电子则不能；负极，主要为石墨以及类石墨碳；有机电解液，主要为溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂；锂离子电池的反应可以看作是正极的锂离子脱出进入石墨也就是负极材料的过程，而放电的时候是锂离子从石墨负极脱出回到正极的过程，所以充放电就是锂离子在正负极之间转移，故锂离子又称作摇椅式电池，比喻锂离子在正负极里面来回摇摆，图2B所示的化学反应方程式就是锂离子电池的电极反应通式。此外，由于同电位电压条件下无法充电，充电宝可通过升压系统提升电压至所需电压，以此来满足多次循环的用电需求。其构造及工作原理如图2C所示。

图 2 A：锂离子电池工作原理（图片来源于网络）；B：锂离子电池电极反应方程式（图片来源于网络）；C：充电宝构造原理及主要用途；

新能源汽车的充电原理和手机充电类似，手机充电需要使用充电器将电源交流电（AC）转换为直流电（DC），而新能源汽车充电则通过充电机将电网的交流电转化为直流电，见图3A所示，与之不同的是汽车的储电电池相比于手机庞大了许多，这是维持汽车运行的关键。设计汽车充电宝的难点是添加电池管理系统（BMS）和逆变器。BMS是一个实时系统，用于控制、保护和监控安装在电动汽车中的电池组安全运行所需的若干功能，如温度和电压水平。逆变器，可以将直流电（电池）转变成定频定压或调频调压交流电，以此来满足汽车其它电力设备的正常用转，见图3B所示。新能源汽车充电需要稳压稳流和纯正的稳定弦波，车用充电宝的设计应该满足此要求。

图 3 A：新能源汽车充电原理（图片来源于成都新能源汽车产业促进会）；B：新能源汽车充电系统构造图；（图片来源于网络）

03 研究进展

其实早在2015年，我国民间就有人设计了“汽车移动式充电宝”，见图4A所示，但存在很大的安全隐患，其体积庞大，并不符合国家要求，但这在一定程度上推动了汽车充电宝的发展。

在时代背景需求下，近些年来，随着新能源汽车的普及，国内外就汽车充电宝陆续开展了研究。2020年4月，美国初创公司SparkCharge推出了旗下最新便携式电动汽车直流快速充电宝Roadie，见图4B所示。Roadie采用电池模块组成，电池模块可以相互堆叠，重量为31Kg，共计有5个模块可被容纳，总容量为17.5 KWh，最大功率为20KW。充电15分钟预计可以提供最大24公里的续航历程。

2021年，英国一家名为ZipCharge的初创企业向世人推出了自己研发的汽车便携式充电宝—ZipCharge Go，ZipCharge Go采用双向AC-DC逆变器，它的大小就像是一个手提箱，见图4C所示，内部放置有一块锂离子电池，净容量为4KWh，重量为22.7Kg，充电功率为 7.2 KW，可以在充电半个小时的情况下，使其最大续航延长30公里左右，后续该公司还将计划推出更大容量的版本。该公司表示，ZipCharge Go是首个汽车便携式充电元素，它结合了诸多智力元素，可以方便更多人使用，所独有的智能能源管理平台，可以一定程度上减轻国家电网的负担。

图 4 A：民间自制汽车移动式充电宝（图片来源网络）；B：Roadie（图片来源于SparkCharge官网）；C：Roadie（图片来源于SparkCharge官网）；D：MOCHI（图片来源于网络）；E：BJC-6000（图片来源于网络）；F：铁球电能（图片来源于铁球电能官网）；

2021年，我国远景科技（Envision Group）公司推出了旗下全球首款绿色充电机器人MOCHI，如图4D所示，其容量为70kWh，充电功率为42kW，充电2小时可以使一辆新能源汽车行驶600公里，而且与市面大部分新能源车型相适应，它拥有自主操作机械臂、视觉定位等功能。不过这样的一个汽车充电宝体格庞大，无法随车携带，目前主要应用于地下停车场以及城市商场附近。

此外，我国深圳市博结成科技有限公司研发的BJC-6000充新能源汽车充电宝，有望缓解汽车最后1公里的尴尬难题，见图4E所示。它采用优质锂电池作为储能主体，重量为43.6Kg，具有体积小、容量大、功率大、易携带等特性，总输出功率为3KW，总容量约为5.5KWh，作为一款小型急用充电宝，充电半小时，一次可以补充5度电，可以续航20公里。

我国铁球电能公司推出的新能源汽车充电宝-铁球电能，其相当于一台打印机的大小，见图4F所示。其重量22Kg左右，最大功率为5KW，充电2小时可续航70-100公里，其采用稳定输出功率，保障了汽车电池的使用寿命。表1对市面报道的主要汽车充电宝的性能进行了对比。

表1 各类充电宝性能比较

04 发展前景

现如今，由于环境问题，化石燃料的减少和石油价格的波动促使电动汽车的大规模使用，中国、英国、欧盟国家和美国等几个国家在过去十年中推动了电动汽车的发展，并在消费者层面提供了当地和国家机构的大量支持[7]。从长远的眼光来看，未来新能源汽车将迎来不断发展，这对于汽车便携式充电宝的发展是一个良好的契机，未来有着很大的发展潜力。汽车移动式充电宝虽然在一定程度上解决了电动汽车的续航难题，但其仍然存在以下问题有待解决，未来期待进一步的完善。

1、重量问题有待解决，太重会增加车辆运行负荷，未来设计出质量较轻但储能较好的汽车充电宝是一个技术上的难题，期待相关报道的出现。

2、成本较高，上述充电宝大多造价昂贵，普通老百姓日常难以负担，在改进材料的同时对价格的要求也应密切聆听市场的声音。

安全保障有隐患，车辆出行所面临的自然天气不同，湿度、温度以及运输过程中的碰撞都有可能引起短路，有一定的安全风险。

05 结语

本文对近年来网络热议的汽车便携式充电宝进行了详细的探究，介绍了市面报道的一系列汽车充电宝，对其发展前景以及仍存在的问题进行了展望。在号召环境可持续发展的世界背景下，期待其面向市场化，更加经济和便捷，能够更好的服务于社会。